——以京福铁路客运专线闽清隧道为例
王庆伟
（中铁二局第五工程有限公司，四川，成都，610091）
【摘 要】本文结合国内部分已建和在建客运专线大断面隧道的施工经验，以京福铁路客运专线Ⅷ标段内闽清隧道的施工为例，详细介绍了闽清隧道施工方案，并结合该工程水文地质特点及施工难点，分别阐述了施工组织安排及隧道快速施工方案，并从大断面隧道的施工技术特点和开挖方法选择对特长大断面隧道快速施工技术进行了探讨和总结，以期为今后同类长大隧道的施工提供参考和借鉴。
【关键词】长大隧道；施工方案；快速施工技术；大断面；通风
一、工程概况
闽清隧道为京福铁路客运专线Ⅷ标段内双线隧道，是本标段的重点控制性工程，全长10531m，隧道最大埋深968m，设计速度目标值350km/h，线间距5m，采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道，轨道结构高度为515cm，隧道净空断面尺寸：9.08×13.3m。正洞设计起讫里程DK745+065～DK755+596，正洞围岩Ⅱ～Ⅴ级，地层岩性主要为侏罗纪南园组火山岩及燕山早期钾长花岗岩等。
1.1工程重点
闽清隧道设置斜井一座，出口平导一座：桔林斜井位于线路前进方向左侧，斜井与隧道正洞交于DK748+400里程处，斜井综合坡度为6.36%，斜井斜长1979.26m，采用无轨运输双车道断面；出口平导位于线路前进方向左侧，与隧道正洞交于DK753+300里程处，洞身坡度与正洞一致，为0.9%，平导长2138m，采用无轨运输单车道+错车道断面，平导除与正洞交点处外，另设3处辅助横通道，采用无轨运输单车道断面。
1.2工程难点
（1）隧道出口处钾长花岗岩发育一组顺坡节理，岩石沿该组节理易产生1～5米直径的滚石，在山坡上形成小型堆积体。因此要加强对隧道不良地质段的超前预报，防止灾害性事故发生。
（2）工期进度压力大，安全风险高，预测隧道开挖过程中将产生强烈程度以轻微为主的岩爆，预防岩爆，安全快速施工是本工程的难点。
（3）采用高性能耐久性混凝土以满足高速铁路工程结构耐久性的要求。
（4）隧道中段至隧道出口之间均无公路相连接，且为火山岩、侵入岩地貌，相对高差达700m以上，大部分为陡峭的石壁，通行十分不便。
1.3工程地质特征
闽清隧道在区域地质上位于闽东火山断坳带的寿宁——华安火山基地断隆带北段，福建东部重力梯度带上。工作区内构造简单，西南侧为北北西向的顺昌——闽清断裂带，西侧为南北向浦城——嵩口断裂带，发育有脆性断层，褶皱不发育。
区内发育的断裂主要有：南北向、北东东向、北西向断裂。区内地层为火山岩地层，褶皱不发育。区内断层主要时代为燕山早期。断层走向为南北向、北东东向、北西向，其中穿越隧道的断层共有5条。
1.4水文地质特征
地表水系属于闽江流域，以四维山——五头羊为分水岭，东西两侧分别为安仁溪、古田溪支流。地下水类型主要为受大气降水补给的孔隙水、基岩裂隙水、构造裂隙水，宏观上看，地下水的径流方向基本与地表水一致，斜坡洼地地带为地下水的补给、径流区，河谷地带为其排泄区。
二、总体施工方案
2.1总体施工方案
根据现场施工条件和工期的要求，由两个架子队分别负责隧道进、出口端施工，以进、出口端正洞形成两个工作面，同时施工进口端桔林隧道及出口端平导，贯通后形成正洞3～4工作面。隧道施工机械配套的生产能力达到均衡施工能力的1.2～1.5倍。
采用多功能作业平台配合人力风钻开挖，无轨运输，配备挖掘机、装载机、自卸汽车出碴，喷锚支护。共设弃碴场三处。衬砌采用液压模板台车衬砌，配备输送泵、砼罐车等设备。采用压入式机械通风方式，主风机设在洞口外上风侧压入，以改善衬砌工作面工作环境。
2.2 围岩开挖循环时间表
闽清隧道大部分为Ⅱ级围岩，按喷锚构筑法原理组织施工，开挖采用全断面法施工。采用无轨运输方式，正装侧卸式装载机配合自卸汽车出碴。隧道爆破采用光面爆破，严格控制超欠挖，初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺。
三、隧道快速施工方案
3.1洞口段施工方案
先行施作洞顶截水沟，清除危石。边、仰坡及明洞土石方分层开挖，随挖随喷锚支护，根据实际地质情况结合设计及时进行加固，尽量减少对植被的破坏。开挖至暗洞的上半断面底高后，施作管棚以备进暗洞，再开挖至基底，施工明洞基础及仰拱，明洞墙拱整体浇注，加强防护和实时监测。
3.2洞身施工方案
（1）超前综合地质预报方案
根据设计的地质勘测资料，对不良地质段进行补充地质探查。在正洞工作面按照“由远至近，逐步加密”的综合地质预测方法，先用物探手段探测掌子面前方及坑道周围的地质异常体，而后再用水平钻孔法进行验证，对开挖面前方及周围的地质情况进行准确预报，确定施工方案。
（2）洞身开挖施工方案
进、出口正洞各开一个施工作业面，同时施工桔林斜井及出口平导，桔林斜井进入正洞后分别向两端各开一个施工作业面，出口平导进入正洞后只向小里程方向掘进。
洞身采用多功能作业平台配合人力风钻开挖。Ⅱ级围岩地段采用全断面法开挖，Ⅲ级围岩采用台阶法开挖，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用三台阶法开挖，为确保施工安全，Ⅴ级围岩初期支护增加临时仰拱。采用无轨运输，配备挖掘机、自卸汽车出碴。
（3）超前支护和初期支护施工方案
洞口超前支护采用采用Φ108大管棚，洞身段超前支护采用Φ42超前小导管。初期支护采用湿喷混凝土，紧跟掌子面，喷射混凝土采用TK500湿喷机＋喷射机械手；锚杆安装采用风钻打孔，人工安装；钢架（钢筋网）在洞外分段（分片）加工成半成品，经洞外检验后现场安装定位校正，运进洞按规范组装架（挂）设；喷料在洞外自动计量拌合站拌和，运料车送料，采用大管棚、超前小导管进行超前支护。
（4）仰拱及二次衬砌施工方案
隧道进出、口各配置1台12 m长穿行式液压模板衬砌台车，斜井正洞配置2台衬砌台车，平导正洞配置1台衬砌台车。仰拱衬砌采用防干扰栈桥，浮放仰拱架，拱墙整体浇注。栈桥跨度为6m、桥面宽4m。混凝土由带电子计量的拌合站集中拌制，6m?混凝土罐车运输，混凝土输送车泵送入模，附着式振动器配合插入式捣固棒捣固。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆仰拱衬砌洞身衬砌30m施工，采取搭设移动式栈桥纵向分段一次性浇灌，一次浇筑长度控制在12 m以内，仰拱和仰拱填充分开施工。
（5）防水施工方案
衬砌防排水采用专用台车铺设，对初期支护进行全面修整、找平、堵水，达标后再铺设排水盲管和防水板。
四、隧道出口大断面开挖快速施工
4.1全断面开挖法
全断面开挖法又称全断面掘进法，采用凿岩机打眼，毫秒雷管、二号岩石乳化炸药爆破开挖，光面爆破，一次开挖到位，喷、网、锚等联合支护，适用于Ⅰ~Ⅲ级围岩。其优点在于工序少，干扰少，便于施工组织的管理，较大的作业空间有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，全断面一次成型，对围岩的扰动次数减少，有利于围岩的稳定。
4.2开挖支护
Ⅱ级围岩初期支护采用锚喷支护，C25喷射混凝土厚度为5cm，拱墙分界以拱部140°划分。拱部锚杆采用中空锚杆，长2.5m，根据岩层产状、节理以及锚杆所承受的拉力判断锚杆布置是否合理。Ⅱ级围岩初期支护紧跟掌子面，距离小于10m。找平层施作距离掌子面必须小于90m。初期支护施工用风动凿岩机打眼、人工安装锚杆，拱部的中空锚杆用注浆泵注浆，喷射混凝土采用机械手施喷。
4.3钻爆作业
根据“新奥法”施工的原则，采用计算法和工程类比法相结合的方法，对各级围岩的开挖进行钻爆设计，确定钻爆参数和控制钻爆设计图。
开挖断面周边采用光面爆破，并根据围岩情况及时修正主要爆破参数，减少超欠挖，以达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖轮廓线，以充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏。
4.3.1技术要求
（1）钻眼直径：为减轻爆破时对围岩的扰动，控制爆破轮廓，适当加密周边眼，周边眼孔距适当缩小，避免超欠挖和增加钻眼工作量，一般取 E=(8～12)d，E为孔距，d为炮眼直径。采用导爆索串装药结构，孔口堵塞长度不小于40cm，采用YT—28风钻钻眼，其直径为Ф=42mm。
（2）光面爆破层厚度：光面爆破层厚度即最小抵抗线，其方向和大小根据地形、地质因素综合考虑，由于周边眼的间距E与光面爆破层厚W有着密切关系，通常以周边眼密集系数K表示为K=E/W。根据施工经验，闽清隧道出口施工一般取K=0.6～1.0，能达到最佳光爆效果，同时结合实际情况进行调整。
（3）爆破器材：根据本隧工程地质特征，采用塑料导爆管、导爆索、15段毫秒雷管起爆系统，引爆采用起爆针。炸药选用低猛度、低爆速、传爆性能好的硝铵炸药和乳化炸药，选用φ32药卷。周边眼选用2#岩石光爆药卷，其他炮眼选用2#岩石乳化炸药。根据孔距、光面爆破层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量。
（4）炮眼间距偏差：掏槽眼不大于2cm，周边眼与内圈眼不大于3cm，周边眼眼底不得超出外轮廓5cm，其它眼不大于5cm。
（5）炮孔口堵塞：炮孔口用炮泥堵塞，长度不小于40cm，炮泥最小密度达到1.90g/cm?，并具有较好的柔软性。
4.3.2爆破参数（略）
五、隧道施工通风方案
5.1通风方案
由于隧道断面、净空对导风筒的限制，通过对风量、风机风压、风机功率等的计算，建设初期隧道掌子面通风均采用洞口压入式送风达到隧道长度对新鲜空气的要求。建设中期掌子面距洞口较远，在平导内增加185KW轴流风机与平导洞口132KW轴流风机串联以满足洞内通风需要。平导作为通风坑道，主洞主要作为排污风洞，每隔500m安装一台强力射流风机，将污浊空气从正洞排出洞外。建设后期在洞口配备一台132KW轴流风机反向抽风，以避免从洞口排出的废气进入通风机形成“循环风”。
采用该方案后，隧道的通风各项指标均符合《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204－2008）15.1.1条等相关职业健康及安全标准要求。
5.2通风管理
（1）成立具有环境意识的专业通风队伍，负责通风设备安装和定期维护，及时调整通风方式，维护通风效果。
（2）在洞口安装温度、湿度、CO自动检测仪对有害气体浓度和放射性物质进行通风监测，根据浓度调整风量，合理供风。
（3）爆破后采用水幕降尘器灭尘，可溶解部分H2S，降低粉尘的浓度，增加能见度。
（4）风管联接采用密封法兰盘接头以减少接头漏风，垫板采用厚度3～6mm的橡胶板或软聚氯乙烯塑料板。
（5）风机的工作电流、电压和U型管压力由专业人员记录，通过性能监测曲线监测通风管路故障，以确保风机的正常运行。U型管安装在风机出口的10～20m处以了解风机的工作压力，避免造成风阻过载而烧毁电机。
（6）压入风管的出风口距工作面15～20m，安装做到平顺，接头牢固严密，避免转小于135°急弯，弯道半径不小于管径的3倍。
六、施工组织管理
6.1前期踏勘
进场前期做好现场踏勘工作，对沿线道路、水、电、通讯、地材等信息进行掌握；对施工图纸所示的结构物位置现场标注，对施工前期需要修建的便道、驻地临建位置进行统筹安排，确定最佳方案。
6.2优化设计
对图纸中可以优化或不合理的设计部分可以通过正常的程序向监理、设计、业主提出改进意见和方案，在得到审批后积极组织安排施工。
6.3统筹调度
单线隧道快速施工，必须抓好工序管理，合理安排工序及缩短工序衔接时间。安排好隧道内行车调度，达到事半功倍的效果。
6.4规避风险
施工区域易受亚热带季风气候影响，春末多阴雨，初夏处于梅雨高峰期，时有冰雹和洪涝灾害出现。成立雨季防洪防汛领导小组，设立专职值班人员，并随时与当地水文气象部门保持联系，认真做好施工场地巡查及主体工程的防水、防洪、排水工作。6.5成效总结
闽清隧道工程进展始终按照施工组织工期要求按计划推进，通过设计阶段施工组织方案优化，使设计与施工形成了有机结合，增强了施工组织方案的科学性、合理性。推行长大隧道快速施工技术和动态调整，同时加大对工序衔接管理制度，压缩工序衔接时间，使各工序衔接在最短时间内完成，保证了隧道的建设总工期。实际证明在大断面施工中采用此种工序管理制度，使得现场开挖进度大大提高，在2012年11月、12月创下了单月258m和266m的开挖记录，满足了该隧道优质高效的建设要求，同时期望为今后铁路客运专线长大断面隧道快速施工提供经验总结与参考借鉴。
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论文作者:王庆伟
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：隧道论文; 围岩论文; 断面论文; 闽清论文; 斜井论文; 风机论文; 快速论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;